应急药剂联合投加处理黑臭水体试验研究

王晶， 张灿伟， 邵超

（1.安徽国祯环保节能科技股份有限公司， 合肥 230088； 2.安徽省经济研究院， 合肥 230051）

黑臭水体的治理从治理方式可分为： 源头治理、 旁路净化和原位修复三类［1－3］。 从水体污染程度与治理目标上， 可分为应急治理、 水质改善和长效保持3 个阶段。 在不同阶段， 由于治理目标不同，选用技术也不同［4］。 针对黑臭现象严重的河道水体， 可在控源截污等常规工程措施基础上， 通过投加应急药剂的临时措施达到短期内快速消除黑臭的目的。 投加化学混凝剂是常用的一种应急去除水中悬浮物的物化方法［5－7］。 但投加单一化学混凝剂往往效果不佳， 近年来， 已有学者利用硅藻土强化混凝作用， 联合PAC 等常规混凝剂处理微污染水体［8－10］， 但应用于黑臭水体的研究还不多见。

本研究以黑臭河道原水为对象， 选择目前应用效果较好的应急药剂， 开展烧杯试验和原位模拟试验研究， 考察应急药剂联合投加处理黑臭水体的效果， 并确定最佳投加量和投加比例， 以期为黑臭水体应急处理提供试验数据和技术支撑。

1 材料与方法

1.1 试验原水

原水取自某公园河道水。 温度为（22 ± 2）℃，水体透明度为12 ～15 cm， 溶解氧质量浓度为1.4 ～1.9 mg／L， 氧化还原电位为26 ～38 mV， pH 值为7.60 ～8.16， 氨 氮 质 量 浓 度 为4.23 ～8.15 mg／L，COD 质量浓度为131 ～146 mg／L， TP 质量浓度为1.88 ～4.08 mg／L， 属轻度黑臭水体。

1.2 试验药剂

选取3 种应急治理药剂产品： PAC、 硅藻土、ST 修复剂。

PAC 药剂中Al2O3质量分数为30%。 硅藻土中SiO2质量分数为85%。 ST 修复剂主要成分由天然矿物组成， 比重为1.62， 外观灰白色粉末， 适用pH 值范围为4 ～9， 粉末状直接投加。 加ST 修复剂于受污染水体中充分搅拌， 通过凝聚、 吸附、 电化学、 螯合固定和分离、 沉淀等物理反应过程， 把大分子团分解为小分子状态， 在常温、 常态下进行反应， 对结合水（细胞水）进行分离的同时， 切断分子链（表面结合水）， 使溶存在污水中的物质和悬浊物很快凝集分离、 沉淀。

1.3 试验设计

分为烧杯试验和原位模拟试验2 个阶段， 烧杯试验分别研究3 种应急药剂单独投加和联合投加下， 对黑臭河道原水的处理效果， 确定最佳投加量和投加比； 原位模拟试验依据烧杯试验确定的最佳投加方案进行河道现场原位模拟， 验证处理效果。

1.3.1 烧杯试验

试验在六联搅拌仪上进行， 量取1 800 mL 试验用水于2 L 烧杯中。 药剂单独投加时， ST 修复剂投加量分别为150、 200、 250、 300、 350 mg／L，PAC 投加量分别为25、 50、 100、 150、 200 mg／L，硅藻土投加量分别为200、 600、 1 000、 1 400 mg／L， 3 种药剂均采用粉末状直接投加。 当单独投加药剂时， 先以200 r／min 快速搅拌2 min， 再以50 r／min 絮凝搅拌10 min， 最后静置沉淀30 min。

药剂联合投加方案见表1。 联合投加硅藻土时， 先加入适量硅藻土以50 r／min 慢速搅拌2 min， 再加入ST 修复剂或者PAC， 以200 r／min 快速搅拌2 min， 然后以50 r／min 絮凝搅拌10 min，最后静置沉淀30 min。 静置沉淀后取上清液分析。

表1 药剂联合投加方案Tab. 1 Scheme of agents combined addition

1.3.2 原位模拟试验

依据烧杯试验确定的最佳试验方案进行原位模拟试验。 选用去除底板的水桶， 水桶尺寸为底部直径32 cm， 顶部直径35 cm， 高32 cm。 垂直插入试验河道水域的河床底部， 使试验水体基本不与外部水体接触。 根据烧杯试验确定的硅藻土联合ST 修复剂与硅藻土联合PAC 处理的最佳投加量及投加比， 分别进行原位模拟试验， 投加与搅拌方法同烧杯试验， 观察水桶内水体透明度变化， 静置沉淀后取上清液分析。

1.4 分析方法

COD、 氨氮、 TP 采用可见分光光度法测定， pH值、 温度、 溶解氧、 氧化还原电位采用便携式pH／IsE 测量仪测定， 透明度采用塞氏盘测定。

2 结果与讨论

2.1 烧杯试验

2.1.1 单一药剂投加对污染物的处理效果

根据设定的ST 修复剂、 PAC、 硅藻土投加方案进行试验， 结果如图1 所示。

经过综合考虑， ST 修复剂的最佳投加量为200 mg／L， 此时对TP 的去除率为90%， 对COD 的去除率为38.5%， 对氨氮的去除率为14.6%。

图1 各药剂不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 1 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by agents with different dosage

PAC 投加量在50 mg／L 时对COD 的去除效果最佳， 去除率为72.4%； 在投加150 mg／L 时对TP 的去除效果最佳， 去除率为64.7%； 随着PAC 投加量的增加， 氨氮去除率无明显变化， 对氨氮的去除效果不佳。 综合考虑， PAC 最佳投加量为150 mg／L。

硅藻土对TP 有较好的去除效果， 最佳投加量为600 mg／L， 对TP 的去除率为67.2%， 对COD 的去除率为31.9%， 对氨氮的去除率为11%。2.1.2 药剂联合投加对污染物的处理效果（1） 硅藻土＋ST 修复剂联合投加。 根据表1 中硅藻土＋ST 修复剂联合投加方案进行试验， 结果如图2 所示。

图2 硅藻土+ ST 修复剂不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 2 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by diatomite-ST repair agent with different dosage

由图2 可知， 随着硅藻土联合投加量的增大，对COD、 氨氮、 TP 的去除效果变化不明显； 只投加ST 修复剂不联合投加硅藻土时， 对水质的处理效果也较好， 对TP 的去除率达95.2%， COD 的去除率为36.7%， 对NH3－N 去除效果不明显。

（2） 硅藻土＋PAC 联合投加。 根据表1 中硅藻土＋PAC 联合投加方案进行试验， 结果如图3 所示。

图3 硅藻土+ PAC 不同投加量下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 3 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen by diatomite + PAC

由图3 可知， 在硅藻土＋PAC 联合投加量为（300 ＋50）mg／L， 投加比为6 ∶1 时， 对TP 去除效果最佳， 去除率为70.2%。 在两者联合投加量为（350 ＋50）mg／L， 投加比为7 ∶1 时， 对COD 的去除效果最佳， 去除率为55.0%。 任何投加比下对氨氮去除效果不明显。 综合考虑， 硅藻土＋PAC 最佳联合投加量为（300 ＋50）mg／L， 两者的最佳投加比为6 ∶1。

通过烧杯试验可知， ST 修复剂、 PAC、 硅藻土对水质改善效果依次为ST 修复剂＞PAC ＞硅藻土， 三者对COD、 TP 的去除率较高， 对氨氮的去除效果不明显。 ST 修复剂单独投加与硅藻土＋ST修复剂联合投加的处理效果相差不大， ST 修复剂最佳投加量为200 mg／L。 采用硅藻土＋PAC 联合投加方式， 当两者的最佳联合投加量为（300 ＋50）mg／L， 最佳投加比为6 ∶1 时， TP 去除率为70%，相比单独投加150 mg／L PAC 时TP 的去除率65%，效果仍有提高。

2.2 原位模拟试验

根据烧杯试验结果， 只投加ST 修复剂不联合投加硅藻土时， 对水质的处理效果也较好， 因此就单独投加ST 修复剂与硅藻土＋PAC 联合投加， 分别进行原位模拟试验， 其中ST 修复剂投加量为200 mg/L， 硅藻土、 PAC 的投加量分别为300、 50 mg／L， 两组药剂在30 min 静置沉淀后透明度得到有效提高， 试验结果如图4 所示。

图4 原位模拟试验下COD、 TP、 氨氮去除率Fig. 4 Removal rates of COD, TP, ammonia nitrogen during in situ simulation experiments

由图4 可知， 在ST 修复剂单独投加时， TP 去除率高达99.8%， COD 去除率为29.5%。 硅藻土＋PAC 联合投加时， TP 去除率达95.6%， COD 去除率为28.1%。

3 结论

（1） ST 修复剂、 PAC、 硅藻土3 种试验药剂对黑臭水体水质均有一定的改善效果， 对TP 去除率最高， COD 去除率次之， 不能有效去除水体中的氨氮。 因此， 如需去除水体中的氨氮， 还需配合使用其他处理方法。

（2） 投加单一试验药剂时， 水质处理效果依次为ST 修复剂＞PAC ＞硅藻土， 相应的最佳投加量分别为200、 150、 600 mg／L。

（3） ST 修复剂单独投加与硅藻土＋ST 修复剂联合投加的处理效果相差不大。

（4） 硅藻土与PAC 联合投加的处理效果比单独投加PAC 或硅藻土好， 可降低PAC 与硅藻土投加量。 在试验水质条件下， 硅藻土与PAC 最佳联合投加量为（300 ＋50）mg／L， 最佳投加比为6 ∶1。

（5） 在试验河道水体进行原位模拟试验， 结果表明当单独投加ST 修复剂（投加量为200 mg／L），或硅藻土＋PAC 联合投加（投加量分别为300、 50 mg／L）时， 在较短时间内均有效降低黑臭水体浊度、提高水体透明度， TP 去除率分别为99.8%、 95.6%，COD 去除率分别为29.5%、 28.1%。